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Pneumatic reservoir computing and its application to robot control

Research Project

Project/Area Number 20K04375
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
Research InstitutionTokyo Denki University (2022)
Tokyo Medical and Dental University (2020-2021)

Principal Investigator

Kawase Toshihiro  東京電機大学, 工学部, 准教授 (40633904)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywordsリザバーコンピューティング / 空気圧 / 人工筋 / ソフトロボット / 形態学的計算 / 形態による計算
Outline of Research at the Start

ロボティクスの分野では,生物のような知能を実現する原理の一つとして,身体の力学的特性を制御や知覚のための計算資源として用いる方法が研究されている.本研究では,ロボットが自らの身体を計算に活用する新たな原理として,近年盛んに研究されているソフトロボットの動力である空気に着目し,空気圧管路系の圧力変化を計算資源として用いる方法(空気圧リザバーコンピューティング)を提案し,実際にこれを用いて制御を行うロボットを開発する.

Outline of Final Research Achievements

As a new principle for soft robots to utilize their own bodies for computation, we proposed physical reservoir computing using air in tubes, called as pneumatic reservoir computing, and developed a soft robot that can actually be controlled using this principle. In addition to verifying the computational capability and analyzing the characteristics of pneumatic reservoir computing, we applied it to the control of a pneumatic rubber artificial muscle assist suit and verified a system for learning and generating periodic waveform used in walking assist systems, etc. The results showed that pneumatic reservoir computing can be applied to robot control and that it has potential for further development.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

空気圧人工筋を使用したアシストスーツなどのソフトロボットに必要となる計算の一部を、これまでの電子的なコンピュータによる計算から、空気のダイナミクスを利用した計算に置き換えることにより、ロボットに搭載する電子機器をより簡素なものにすることができる。これにより、ロボットの軽量化・耐久性の向上・省電力化が促進され、アシストスーツ使用者の負担軽減、ソフトロボットの水中など幅広い環境への適用につながる。

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Pneumatic Reservoir Computing for Sensing Soft Body: Computational Ability of Air in Tube and Its Application to Posture Estimation of Soft Exoskeleton2021

    • Author(s)
      Kawase Toshihiro、Miyazaki Tetsuro、Kanno Takahiro、Tadano Kotaro、Nakajima Yoshikazu、Kawashima Kenji
    • Journal Title

      Sensors and Materials

      Volume: 33 Issue: 8 Pages: 2803

    • DOI

      10.18494/SAM.2021.3345

    • ISSN
      0914-4935, 2435-0869
    • Year and Date
      2021-08-24
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Limit Cycle Generation with Pneumatically Driven Physical Reservoir Computing2023

    • Author(s)
      Hiroaki Shinkawa, Toshihiro Kawase, Tetsuro Miyazaki, Takahiro Kanno, Maina Sogabe, Kenji Kawashima
    • Organizer
      2023 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Online Assistance Control of a Pneumatic Gait Assistive Suit Using Physical Reservoir Computing Exploiting Air Dynamics2022

    • Author(s)
      Hiroyuki Hayashi, Toshihiro Kawase, Tetsuro Miyazaki, Maina Sogabe, Yoshikazu Nakajima, Kenji Kawashima
    • Organizer
      2022 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA)
    • Related Report
      2022 Annual Research Report 2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Multi-Joint Motion Estimation of a Soft Gait Assistive Suit Using Pneumatic Reservoir Computing2022

    • Author(s)
      Hiroyuki Hayashi, Toshihiro Kawase, Tetsuro Miyazaki, Maina Sogabe, Yoshikazu Nakajima, Kenji Kawashima
    • Organizer
      2022 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII)
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 空気圧リザバーコンピューティングを用いた人工筋アシストスーツの歩容推定2021

    • Author(s)
      林 滉之, 川瀬 利弘, 宮嵜 哲郎, 曽我部 舞奈, 菅野 貴皓, 中島 義和, 川嶋 健嗣
    • Organizer
      第39回日本ロボット学会学術講演会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 空気圧リザバーコンピューティングの性能向上に向けた管路ネットワークの周波数特性解析2021

    • Author(s)
      川瀬 利弘,宮嵜 哲郎,曽我部 舞奈,菅野 貴皓,中島 義和,川嶋 健嗣
    • Organizer
      計測自動制御学会 2021年度産業応用部門大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 空気圧リザバーコンピューティングを用いた人工筋アシストスーツの複数関節動作推定2020

    • Author(s)
      林滉之, 川瀬利弘, 宮嵜哲郎, 菅野貴皓, 中島義和, 川嶋健嗣
    • Organizer
      計測自動制御学会2020年度産業応用部門大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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